1视频监控系统发展阶段概述

 视频监控系统已经经过了二十几年时间的发展，从最早模拟监控到现在的网络视频监控，可以说发生了巨大的变化。从技术角度出发，视频监控系统发展划分为第一代模拟视频监控系统(CCTV)，到第二代基于“PC＋多媒体卡”数字视频监控系统(基于DVR) ，到第三代网络视频监控系统（基于DVS）。而目前，智能化监控也成为视频监控系统重要的发展趋势。

1.模拟视频监控

模拟信号监控系统主要由摄像机、视频矩阵、监视器、录像机等组成，利用视频传输线将来自摄像机的视频连接到监视器上，利用视频矩阵主机，采用键盘进行切换和控制，录像采用使用磁带的长时间录像机；远距离图像传输采用模拟光纤，利用光端机进行视频的传输。

在20世纪90年代初以前，主要是以模拟设备为主的闭路电视监控系统，称为第一代模拟监控系统。图像信息采用视频电缆，以模拟方式传输，一般传输距离不能太远，主要应用于小范围内的监控，监控图像一般只能在控制中心查看。

传统的模拟闭路电视监控系统有很多局限性：

（1） 有线模拟视频信号的传输对距离十分敏感；

（2） 有线模拟视频监控无法联网，只能以点对点的方式监视现场，并且使得布线工程量极大；

（3） 有线模拟视频信号数据的存储会耗费大量的存储介质（如录像带），查询取证时十分烦琐。

2．模拟-数字” 监控系统是以数字硬盘录像机DVR为核心半模拟-半数字方案，从摄像机到DVR仍采用同轴缆输出视频信号，通过DVR同时支持录像和回放，并可支持有限IP网络访问，由于DVR产品五花八门，没有标准，所以这一代系统是非标准封闭系统，DVR系统仍存在大量局限：

(1) “模拟-数字”方案仍需要在每个摄像机上安装单独视频缆，导致布线复杂性。

(2)DVR典型是一次最多只能扩展16个摄像机。

　　有限可管理性 您需要外部服务器和管理软件来控制多个DVR或监控点。

　　（3）有限远程监视与控制能力有限，不能从任意客户机访问任意摄像机。只能通过DVR间接访问摄像机。

（4）磁盘发生故障风险，“模拟-数字”方案录像没有保护，容易导致丢失。

3.网络视频监控

网络视频监控20世纪90年代末，随着网络技术的发展，基于嵌入式Web服务器技术的远程网络视频监控，而产生网络视频监控技术。其主要原理是：视频服务器（DVS）内置一个嵌入式Web服务器，采用嵌入式实时操作系统。摄像机等传感器传送来的视频信息，由高效压缩芯片压缩，通过内部总线传送到内置的Web服务器。网络上用户可以直接用浏览器观看Web服务器上的图像信息，授权用户还可以控制传感器的图像获取方式。这类系统可以直接连入以太网，省掉了各种复杂的电缆，具有方便灵活、即插即看等特点，同时，用户也无需使用专用软件，仅用浏览器即可。 

基于嵌入式技术的网络数字监控系统不需处理模拟视频信号的PC，而是把摄像机输出的模拟视频信号通过嵌入式视频编码器直接转换成IP数字信号。嵌入式视频编码器具备视频编码处理、网络通信、自动控制等强大功能，直接支持网络视频传输和网络管理，使得监控范围达到前所未有的广度。除了编码器外，还有嵌入式解码器、控制器、录像服务器等的硬件模块，它们可单独安装，不同厂家设备可实现互连。

（1） 网络视频监控可以在计算机网络（局域网或广域网）上传输图像数据，基本上不受距离，信号不易受干扰，可大幅度提高图像品质和稳定性；

（2）网络视频监控可利用计算机网络联网，网络带宽可复用，无须重复布线；

（3） 数字化存储成为可能，经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在光盘中，查询十分简便快捷。

（4）坚固冗余存储器－可同时利用SCSI、RAID以及磁带备份存储技术永久保护监视图像不受硬盘驱动器故障影响。

2视频监控核心产品与主要技术概述

2.1 摄像机

摄像机作为视频监控系统的前端设备来摄取视频信号，然后通过传输系统（可以是有线传输方式、无线传输方式、微波传输方式、光纤传输方式、双绞线平衡传输方式和电话线传输等多种传输系统方式）将信号传输至主控设备。

摄像机一般可包括摄像机镜头、摄像机防护罩、旋转云台、解码器和安装支架等组件。其基本参数有;成像器件（目前基本采用CCD固定成像元件）、电源种类（220V AC，24V AC，12V DC等）、信号种类（彩色/黑白）、最低照度（LUX），是否带逆光补偿、分辨率、靶面尺寸、镜头接口（ C/CS）等。镜头：镜头是将观察目标的光像聚焦于CCD成像器件上的元件，根据作用不同可分为常用镜头、特殊镜头（广角镜头、针孔镜头等）两类。其基本参数有：焦距、光圈（自动、手动）、视场角、镜头安装接口（C/CS）、景深等。云台:云台是控制现场摄像机的设备，其控制的主要功能有摄像机的上、下、左、右旋转、镜头的变焦、接收报警输入、产生报警输出等。

摄像机按照性能的不同可分为四类：

普通摄像机：适用于室内正常照明情况或室外白天；

暗光摄像机：适用于室内无正常照明情况；

微光摄像机：适用于室外月光或星光下；

红光摄相机：适用于室内外无照明灯场。

若按照结构组成的不同则可分为四类：

固定摄相机：用于监控哦哦那个固定目标；

可旋转式：带旋转云台摄相机；

球形摄像机：三百六十度水平旋转，九十度垂直旋转；

半球形摄像机：吸顶安装。

摄相机性能指标：

清晰度：一般多给出水平清晰度。电视监控系统使用的摄像机，要求彩色摄像机水平清晰度在300线以上，黑白摄像机在350线以上。

照度：是衡量摄像机在什么光照强度的情况下，可以输出正常图像信号的一个指标。一般是给出“正常照度”和“最低照度”两个指标。照度一般用“勒克斯”（Lux）表示。

信噪比：也是摄像机的一个重要技术指标。信噪比的是指摄像机的图像信号与它的噪声信号之比。常用用S/N表示。信噪比一般用分贝（dB）表示，一般要求其信噪比高于46dB。

2.2矩阵主机

矩阵主机的主要任务是实现对多路视/音频信号的选择切换（输出到指定的监视器或录像机），并通过通信线对指定地址的前端设备（云台、电动镜头、雨刷、照明灯或摄像机电源等）进行各种控制。

2.3数字硬盘录像机（DVR）

它是一套进行图像存储处理的计算机系统，具有对图像/语音进行长时间录像、录音、远程监视和控制的功能，DVR集合了录像机、画面分割器、云台镜头控制、报警控制、网络传输等五种功能于一身，用一台设备就能取代模拟监控系统一大堆设备的功能，而且在价格上也逐渐占有优势。

硬件组成：DVR系统的硬件主要由CPU，内存，主板，显卡，视频采集卡，机箱，电源，硬盘，连接线缆等构成，让我们从系统学的观点出发，来分析这些部件的稳定性和可靠性。 

传统DVR视频监控系统结构：

2.4网络视频服务器（DVS）

DVS(digital video server)网络视频服务器、又叫数字视频编码器，是一种压缩、处理音视频数据的专业网络传输设备，由音视频压缩编解码器芯片、输入输出通道、网络接口、音视频接口、RS485串行接口控制、协议接口控制、系统软件管理等构成，主要是提供视频压缩或解压功能，完成图象数据的采集或复原等,目前比较流行的基于MPEG-4或H.2的图像数据压缩通过Internet网络传输数据以及音频数据的处理。它是一种实现音视频数据编码、网络传输处理的专用设备，它由音视频编码器、网络接口、音视频接口RS422/RS485串行接口、RS232串行接口等构成。 

音视频压缩编码器：由于模拟视频数据量非常大，通过数模转化后，数据量也很大，故要利用成熟的编码技术，将视频数据在满足网络传输要求的技术指标下进行高压缩比的编码，以满足传输要求。以前的网络视频服务器一般采用M—JPEG等编码器，用户无法实现更高的压缩码率，以适合于各种不同的网络环境，只能通过减低帧率实现效果一般的网络传输效果。目前各公司都已经推出了MPEG4的网络视频服务器以更能视频网络传输的要求。 

网络接口：由于以前的模拟产品的组网都主要通过建立昂贵的光纤实现网络传输，网络视频服务器的以太网接口可以方便地实现IP组网，实现数据传输。网络视频服务器主要采用TCP/IP等协议实现音视频数据、控制数据和状态检测信息等数据的网络传送。 

　　音视频接口：网络视频服务器带有标准模拟音视频输入接口，方便监视各通道的视频信号。NVS900采用Dynamic Stream Control技术保证双向音频实时传输，视频帧率根据带宽自动调节，网络中断后自动连接技术。 

RS422/RS485串行接口：网络视频服务器带有RS422/RS485串行通讯接口，可通过通讯线外接如云台、快球等各种外设。

基于DVS的视频监控系统结构：

2.5视频编码技术

所谓视频编码方式就是指通过特定的压缩技术，将某个视频格式的文件转换成另一种视频格式文件的方式。目前视频流传输中最为重要的编解码标准有国际电联的H.261、H.263，运动静止图像专家组的M-JPEG和国际标准化组织运动图像专家组的MPEG系列标准，此外在互联网上被广泛应用的还有Real-Networks的RealVideo、微软公司的WMT以及Apple公司的QuickTime等。

国际音视频压缩标准发展历程：

    1. JPEG 

　　JPEG的压缩倍数为20~80倍，适合静态画面的压缩，分辨率没有选择的余地。以往的JPEG压缩技术是直接处理整个画面，所以要等到整个压缩档案传输完成才开始进行解压缩成影像画面，而这样的方式造成传输一个高解析画面时须耗时数十秒甚至数分钟。而新一代的JPEG是采取渐层式技术，先传输低解析的图档，然后再补送细部之资料，使画面品质改善。这种方式所需的时间虽然与原先的方式一样，但由于可以先看到画面，所以使用者会觉得这种方式较好。 

　　2. MPEG1及MPEG2 

　　而MPEG1、MPEG2在影像移动不大的情况下其压缩倍数约为100倍(一般VCD、DVD约为35倍)，若从VCD、DVD的规格来看，MPEG1的分辨率为320 ×240(或以下)，MPEG2则通常为720 ×480。MPEG1、MPEG2是传送一张张不同动作的局部画面。 

　　3. MPEG4 

　　至于压缩倍数为450倍静态图像可达800倍，分辨率输入可从320 ×240到1280 ×1024的MPEG4，则是专为移动通信设备例如移动电话在英特网实时传输音/视频讯号而制定的最新MPEG标准。MPEG4和MPEG以往的版本相比，最大不同之处在于MPEG4使用「图层」layer方式，能够智能化选择影像的不同之处，在压缩下个别编辑画面，使图文件容量大幅缩减，而加速音/视频的传输。有人认为MPEG4的出现，对于DVR厂商而言无疑是一大福音，然而也有厂商认为，MPEG4规格虽已定出，但实际应用于视频监控技术上却尚未成熟，现阶段无论以软、硬件来实现都有待突破。

H.2

H.2是一种高性能的视频编解码技术。目前国际上制定视频编解码技术的组织有两个，一个是“国际电联（ITU-T）”，它制定的标准有H.261、H.263、H.263+等，另一个是“国际标准化组织（ISO）”它制定的标准有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。而H.2则是由两个组织联合组建的联合视频组（JVT）共同制定的新数字视频编码标准，所以它既是ITU-T的H.2，又是ISO/IEC的MPEG-4高级视频编码（Advanced Video Coding，AVC），而且它将成为MPEG-4标准的第10部分。因此，不论是MPEG-4 AVC、MPEG-4 Part 10，还是ISO/IEC 14496-10，都是指H.2。 

　 H.2最大的优势是具有很高的数据压缩比率，在同等图像质量的条件下，H.2的压缩比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。举个例子，原始文件的大小如果为88GB，采用MPEG-2压缩标准压缩后变成3.5GB，压缩比为25∶1，而采用H.2压缩标准压缩后变为879MB，从88GB到879MB，H.2的压缩比达到惊人的102∶1。

2.6编码分辨率

目前监控行业中主要使用以下分辨率：SQCIF,QCIF(176*144),CIF(352*288),2CIF(704*288),4CIF(704*576)。

SQCIF和QCIF的优点是存储最低，可以在窄带中使用，使用这种分辨率的产品价格低廉；缺点是图像质量很差、不被用户所接受。

CIF是目前监控行业的主流分辨率，它的优点是储存量最低、图像质量较好，能在普通宽带网络中传输，价格也相对低廉。缺点是图像质量不能满足高清晰的要求。

4CIF是标清分辨率，它的优点是图像清晰。缺点是储存较高，带宽要求很高，价格也较高。下载本文